【手続補正書】
【提出日】平成18年9月29日(2006.9.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】 
多関節機構を有する産業用ロボットにおける各軸角度を検出する位置検出器の角度データからツール先端位置を求めるための算出式に利用されるパラメータのキャリブレーションを実施する産業用ロボットにおけるキャリブレーション方法において、
固定された１つのワイヤ式リニアスケールのワイヤ先端を前記ロボットのツール先端に取り付けて前記リニアスケールからロボットのツール先端までの距離を測定する計測方法により、
前記ロボットを複数の姿勢に動作させ、それぞれについて前記リニアスケールから前記ロボットのツール先端までの距離を測定して、前記パラメータのキャリブレーションを実施することを特徴とする産業用ロボットにおけるキャリブレーション方法。
【請求項２】
多関節機構を有する産業用ロボットにおける各軸角度を検出する位置検出器の角度データからツール先端位置を求めるための算出式に利用されるパラメータのキャリブレーションを実施する産業用ロボットにおけるキャリブレーション方法において、
固定された１つのワイヤ式リニアスケールのワイヤ先端を前記ロボットのツール先端に取り付けて前記リニアスケールからロボットのツール先端までの距離を測定する計測方法により、
前記ロボットを複数の姿勢に動作させ、前記ロボットの各姿勢における各軸の角度を検出する位置検出器の角度データと、前記リニアスケールからロボットのツール先端までの各距離（Ｄi ）（ｉは自然数）を測定し、これらのデータに基づいて前記複数のロボットの姿勢におけるツール先端位置（Ｘi、Ｙi 、Ｚi ）を求めるための算出式に利用されるパラメータの最適解を演算装置によって計算し、前記演算装置によって、前記リニアスケール位置を（Ｘ、Ｙ、Ｚ）として、前記複数のロボットの姿勢におけるツール先端位置（Ｘi、Ｙi 、Ｚi ）と前記距離（Ｄi ）の誤差、［Ｄi −｛（Ｘi−Ｘ）2 ＋（Ｙi −Ｙ）2 ＋（Ｚi −Ｚ）2｝1 / 2 ］
に関して該誤差の２乗和が最小になる値を前記パラメータの最適解として算出することを特徴とする産業用ロボットにおけるキャリブレーション方法。
【請求項３】
ワイヤとワイヤリールとエンコーダとカウンタからなるワイヤ式リニアスケールにおいて、前記ワイヤが伸びる方向に応じて回転自在な円筒部と、前記円筒部の回転軸と直交する軸回りに回転する滑車とで構成されたワイヤガイド装置を備えることを特徴とするワイヤ式リニアスケール。
【請求項４】
請求項３に記載のワイヤ式リニアスケールのワイヤ出口方向を基準座標の所定の軸に合わせた状態で固定し、前記ワイヤ式リニアスケールから３次元位置が既知である前記ロボットのツール先端までの距離を４点以上について測定する場合、前記既知の複数の測定点位置と前記滑車の円弧部のワイヤ長を含む測定されたワイヤ長とから前記ワイヤ式リニアスケールの位置を決定し、前記測定点位置と前記ワイヤ式リニアスケール位置から求まる理想の直線距離と前記滑車の円弧部を含む理想のワイヤ長距離とを計算により求め、前記理想の直線距離と前記理想のワイヤ長距離との比が現実の直線距離と現実のワイヤ長距離の比と一致するものとして、現実の直線距離を求めることを特徴とするワイヤ式リニアスケールの測定方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】産業用ロボットにおけるキャリブレーション方法およびワイヤ式リニアスケールおよびその測定方法
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術において、図１０に示す特許番号第２６４０３３９号のキャリブレーションの方法では、ロボットのツール先端位置を１点（Ｐ）に完全に一致させた状態で、複数のロボット姿勢をとるように教示することは厳密には不可能であり、現実には少しずつ異なったツール先端位置を教示していることになる。この時の誤差をティーチング誤差と呼ぶ。従来の方法では、このティーチング誤差を含んだ状態で各軸の角度原点におけるキャリブレーションが行われるので、正確なキャリブレーションができないという問題があった。更に、ツール先端位置を１点に固定した状態で、複数のロボット姿勢を教示するためには、３次元計測器を利用するか、若しくは、作業者による目測教示になる。前者の場合は高価な３次元計測器が必要になり、後者の場合は、作業者の目測に頼ることになって、作業者毎のキャリブレーション精度のバラツキが発生するという問題があった。また、図１１に示したワイヤ式リニアスケールでは、図１２のようにワイヤ出口方向に対して横方向（動作方向１、動作方向２）に向けて距離測定を行う場合に、ワイヤガイド装置１０２がゴムだと、ワイヤ出口を１か所に固定できず、摩擦によりゴムが切断されてしまうという問題があった。また、ワイヤガイド装置１０２の材質が金属だと、ワイヤ出口を１か所に固定できるが、ワイヤが摩擦により螺旋状に変形してしまい、ワイヤ式リニアスケール１０１に巻き戻らないという問題があった。また、ワイヤガイド装置１０２の材質が、摩擦が小さいとされるテフロンなどの樹脂の場合も、ゴムのように摩擦により少しずつ削れていき、ワイヤガイド装置が変形していくという問題があった。そこで、本発明は、キャリブレーションを実施する際に、ティーチング誤差を発生させず、高価な３次元計測器を使用する必要がなく、作業者毎のキャリブレーション精度のバラツキも発生しない正確なキャリブレーションを可能とすると共に、距離測定に使用するワイヤ式リニアスケールのワイヤガイド装置も改良して、動作方向１、動作方向２のような横方向における測定であっても、ワイヤ出口を１か所に固定し、ワイヤおよびワイヤガイド装置の損傷を防止して高精度な測定を可能にする産業用ロボットにおけるキャリブレーション方法と、ワイヤ式リニアスケールおよびその測定方法を提供することを目的としている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、多関節機構を有する産業用ロボットにおける各軸角度を検出する位置検出器の角度データからツール先端位置を求めるための算出式に利用されるパラメータのキャリブレーションを実施する産業用ロボットにおけるキャリブレーション方法において、固定された１つのワイヤ式リニアスケールのワイヤ先端を前記ロボットのツール先端に取り付けて前記リニアスケールからロボットのツール先端までの距離を測定する計測方法により、前記ロボットを複数の姿勢に動作させ、それぞれについて前記リニアスケールから前記ロボットのツール先端までの距離を測定して、前記パラメータのキャリブレーションを実施することを特徴としている。また、請求項２に記載の発明は、多関節機構を有する産業用ロボットにおける各軸角度を検出する位置検出器の角度データからツール先端位置を求めるための算出式に利用されるパラメータのキャリブレーションを実施する産業用ロボットにおけるキャリブレーション方法において、固定された１つのワイヤ式リニアスケールのワイヤ先端を前記ロボットのツール先端に取り付けて前記リニアスケールからロボットのツール先端までの距離を測定する計測方法により、前記ロボットを複数の姿勢に動作させ、前記ロボットの各姿勢における各軸の角度を検出する位置検出器の角度データと、前記リニアスケールからロボットのツール先端までの各距離（Ｄi ）（ｉは自然数）を測定し、これらのデータに基づいて前記複数のロボットの姿勢におけるツール先端位置（Ｘi、Ｙi 、Ｚi ）を求めるための算出式に利用されるパラメータの最適解を演算装置によって計算し、前記演算装置によって、前記リニアスケール位置を（Ｘ、Ｙ、Ｚ）として、前記複数のロボットの姿勢におけるツール先端位置（Ｘi、Ｙi 、Ｚi ）と前記距離（Ｄi ）の誤差、［Ｄi −｛（Ｘi−Ｘ）2 ＋（Ｙi −Ｙ）2 ＋（Ｚi −Ｚ）2｝1 / 2 ］に関して該誤差の２乗和が最小になる値を前記パラメータの最適解として算出することを特徴としている。また、請求項３に記載の発明は、ワイヤとワイヤリールとエンコーダとカウンタからなるワイヤ式リニアスケールにおいて、前記ワイヤが伸びる方向に応じて回転自在な円筒部と、前記円筒部の回転軸と直交する軸回りに回転する滑車とで構成されたワイヤガイド装置を備えることを特徴としている。また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のワイヤ式リニアスケールのワイヤ出口方向を基準座標の所定の軸に合わせた状態で固定し、前記ワイヤ式リニアスケールから３次元位置が既知である前記ロボットのツール先端までの距離を４点以上について測定する場合、前記既知の複数の測定点位置と前記滑車の円弧部のワイヤ長を含む測定されたワイヤ長とから前記ワイヤ式リニアスケールの位置を決定し、前記測定点位置と前記ワイヤ式リニアスケール位置から求まる理想の直線距離と前記滑車の円弧部を含む理想のワイヤ長距離とを計算により求め、前記理想の直線距離と前記理想のワイヤ長距離との比が現実の直線距離と現実のワイヤ長距離の比と一致するものとして、現実の直線距離を求めることを特徴としている。以上の構成によれば、１台のワイヤ式リニアスケールを利用して、教示されたロボットの複数の各���勢におけるツールまでの各距離を複数のワイヤ長として測定して、キャリブレーションを行うように構成したので、１つの定点に対し複数のロボット姿勢を対応させる方法では必要な３次元計測器が要らなくなり、ティーチング誤差、作業者毎の計測バラツキ等も発生しない正確なキャリブレーションが可能になる。更に、距離測定に使用するワイヤ式リニアスケールも横方向への測定も支障がないように、リニアガイド装置を補強改良したので、ワイドな距離測定を高精度に実施できる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態について図を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る産業用ロボットにおけるキャリブレーション方法の概念図である。図２は図１に示す産業用ロボットにおけるキャリブレーション実施用のブロック図である。図３は図２に示す産業用ロボットにおけるキャリブレーション実施のフローチャートである。図１において、任意の位置に固定されたワイヤ式リニアスケール１（第２の実施の形態で後述するワイド測定可能タイプ）に対し、多関節機構を有する産業用ロボット２（以下、ロボットと略す）を予め教示された複数の姿勢に動作させ、複数のワイヤ長（ロボット２のツール先端４からワイヤ式リニアスケール１までの距離）を測定する。測定した複数のワイヤ長データとそれらに対応した複数のロボット姿勢データ（各軸の角度を検出する位置検出器の角度データ）とから、演算により各軸の角度原点やリンク長などの機構モデルパラメータのキャリブレーションを行う。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
次に、本発明の第２の実施の形態について図を参照して説明する。図４は本発明の第２の実施の形態に係るワイヤ式リニアスケールのワイヤガイド装置の正面図である。図５は図４に示すワイヤガイド装置の側面断面図である。図６は図４に示すワイヤガイド装置によりワイヤ出口方向に対して横方向に距離測定を行う際の説明図である。図７は図４に示すワイヤ式リニアスケールを用いた産業用ロボットのキャリブレーション方法の概念図である。図８は図４に示すワイヤガイド装置の滑車座標を示す図である。図９は図８に示す滑車座標のＹＺ平面を示す図である。第２の実施の形態は、前実施の形態によるキャリブレーションに使用されるワイヤ式リニアスケールに関するものである。図４および図５において、１０はワイヤをガイドするための溝付滑車、１１はワイヤ出口方向の回転軸用のボールベアリング、１２はワイヤ出口方向の回転軸を固定する外円筒、１３はワイヤ出口方向の回転軸回りに動く内円筒、１４は滑車を固定するための筐体、１５は滑車用のボールベアリング、１６は滑車用の中心軸である。図６に示すように本実施の形態は、動作方向１や動作方向２で距離測定を行う場合、ワイヤ出口方向周りの回転と滑車の回転があるために、ワイヤ３及びワイヤガイド装置２０の損傷を防止し、ワイヤ出口を１か所（図５のＰａ点）に固定するようにワイヤガイド装置２０は動作する。図６の２０は滑車方式のワイヤガイド装置を示す。